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KR102818311B1 - Wireless charging receiver integrated battery management system and method - Google Patents

Wireless charging receiver integrated battery management system and method Download PDF

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KR102818311B1
KR102818311B1 KR1020190113168A KR20190113168A KR102818311B1 KR 102818311 B1 KR102818311 B1 KR 102818311B1 KR 1020190113168 A KR1020190113168 A KR 1020190113168A KR 20190113168 A KR20190113168 A KR 20190113168A KR 102818311 B1 KR102818311 B1 KR 102818311B1
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power transmission
power
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battery management
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이근욱
김지은
박찬하
이성건
양성열
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장는 배터리의 상태를 모니터링 하는 배터리 관리 시스템, 및 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신 장치를 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리의 상태에 관한 데이터와 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 성능에 기초하여 상기 배터리의 충전 최적 조건을 산출할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a battery management device includes a battery management system for monitoring the state of a battery, and a power receiving device for wirelessly receiving power from a power transmission device, wherein the battery management system can calculate an optimal charging condition of the battery based on data regarding the state of the battery and power transmission performance of the power transmission device.

Description

무선 충전 수신기 통합형 배터리 관리 시스템 및 방법{WIRELESS CHARGING RECEIVER INTEGRATED BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD}{WIRELESS CHARGING RECEIVER INTEGRATED BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 무선 충전 수신기 통합형 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management system and method integrated with a wireless charging receiver.

자동차에 사용되는 배터리는 대부분 셀-모듈-팩의 형태로 구성되어 차량에 내장된다. 종래에는 이러한 배터리의 충전과 방전은 배터리 팩의 (+) 및 (-) 단자를 통해 모든 셀을 동시에 방전시키거나, 또는 모든 셀을 동시에 충전시킬 수 밖에 없었다.Most batteries used in automobiles are configured in the form of cell-module-packs and are built into the vehicle. Previously, charging and discharging of these batteries could only be done by discharging all cells simultaneously through the (+) and (-) terminals of the battery pack, or by charging all cells simultaneously.

그러나, 일반적인 배터리 셀 모듈은 배터리 팩 내부의 위치에 따라 냉각 성능 등에 따른 편차가 존재하므로, 시간이 흐름에 따라 배터리 모듈 간의 수명 편차와 같은 기능 상의 차이가 발생하게 된다.However, since typical battery cell modules have differences in cooling performance, etc. depending on their location within the battery pack, functional differences, such as life span differences between battery modules, occur over time.

따라서, 배터리의 모듈별 상태를 실시간으로 파악하고, 각각의 배터리의 상태에 맞는 충전 전류로 충전하는 것이 필요하다.Therefore, it is necessary to identify the status of each battery module in real time and charge each battery with a charging current that is appropriate for its status.

본 발명은 무선 충전 수신기를 배터리 관리 시스템에 통합하고, 배터리의 충전 환경에 따라 변하는 요인들에 기초하여 산출된 최적 충전 조건에 따라 무선 충전 송신기의 전력 전송 조건을 제어함으로써, 배터리의 모듈별 상태에 적합하도록 충전을 수행하는 배터리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a battery system that performs charging suitable for the module-specific state of a battery by integrating a wireless charging receiver into a battery management system and controlling power transmission conditions of a wireless charging transmitter according to optimal charging conditions calculated based on factors that change depending on the charging environment of the battery.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템은 배터리의 상태를 모니터링 하는 배터리 관리 시스템, 및 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신 장치를 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리의 상태에 관한 데이터와 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 성능에 기초하여 상기 배터리의 충전 최적 조건을 산출할 수 있다.A battery system according to one embodiment of the present invention includes a battery management system for monitoring a state of a battery, and a power receiving device for wirelessly receiving power from a power transmission device, wherein the battery management system can calculate an optimal charging condition of the battery based on data regarding the state of the battery and power transmission performance of the power transmission device.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 관리 시스템은 상기 전력 송신 장치와 무선으로 통신할 수 있다.The battery management system of the battery system according to one embodiment of the present invention can wirelessly communicate with the power transmission device.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 관리 시스템은 상기 전력 송신 장치로부터 전력 전송 조건에 관한 데이터를 무선으로 수신할 수 있다.The battery management system of the battery system according to one embodiment of the present invention can wirelessly receive data regarding power transmission conditions from the power transmission device.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 성능은 실시간 전력 전송 효율 및 최대 가용 전송 전력을 포함할 수 있다.The power transmission performance of the power transmission device of the battery system according to one embodiment of the present invention may include real-time power transmission efficiency and maximum available transmission power.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리의 상태에 관한 데이터는 배터리의 최대 가용 충전 전류, 실시간 잔존 배터리 용량 및 잔존 배터리 수명을 포함할 수 있다.Data regarding the state of the battery of the battery system according to one embodiment of the present invention may include the maximum available charge current of the battery, real-time remaining battery capacity, and remaining battery life.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 관리 시스템과 상기 전력 수신 장치는 전기적으로 커플링 되어 있을 수 있다.The battery management system and the power receiving device of the battery system according to one embodiment of the present invention may be electrically coupled.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리의 입력 전압 및 입력 전류와 상기 전력 수신 장치의 출력 전압 및 출력 전류를 실시간으로 측정할 수 있다.The battery management system of the battery system according to one embodiment of the present invention can measure the input voltage and input current of the battery and the output voltage and output current of the power receiving device in real time.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 관리 시스템은 무선 충전 효율, 무선 충전 속도, 배터리 수명 중 적어도 하나의 기준에 따라 상기 충전 최적 조건을 산출할 수 있다.The battery management system of the battery system according to one embodiment of the present invention can calculate the optimal charging condition based on at least one criterion among wireless charging efficiency, wireless charging speed, and battery life.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 관리 시스템은 상기 충전 최적 조건에 기초하여 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 성능을 제어할 수 있다.The battery management system of the battery system according to one embodiment of the present invention can control the power transmission performance of the power transmission device based on the optimal charging conditions.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 관리 시스템은 산출된 상기 충전 최적 조건과 미리 설정된 기준치의 차이값이 임계치 이상일 경우 상기 전력 송신 장치의 듀티와 주파수를 조정할 수 있다.The battery management system of the battery system according to one embodiment of the present invention can adjust the duty and frequency of the power transmission device when the difference between the calculated optimal charging condition and the preset reference value is greater than or equal to a threshold value.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신 장치는 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 송신 회로, 배터리 관리 시스템에 전력 전송 조건에 관한 데이터를 무선으로 송신하고, 상기 배터리 관리 시스템으로부터 산출된 배터리의 충전 최적 조건에 따른 전력 제어 신호를 무선으로 수신하는 통신부, 및 상기 충전 최적 조건에 따른 전력 제어 신호에 기초하여 상기 전력 수신 장치로 전송되는 전력 전송 조건을 조정하는 제어부를 포함할 수 있다.A power transmission device according to one embodiment of the present invention may include a transmission circuit that wirelessly transmits power to a power reception device, a communication unit that wirelessly transmits data regarding power transmission conditions to a battery management system and wirelessly receives a power control signal according to an optimal charging condition of a battery calculated from the battery management system, and a control unit that adjusts a power transmission condition transmitted to the power reception device based on the power control signal according to the optimal charging condition.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법은 전력 송신 장치로부터 전력 수신 장치로 배터리에 공급하기 위한 전력을 무선으로 송신하는 단계, 상기 배터리의 상태를 모니터링하는 단계, 상기 전력 송신 장치로부터 전력 전송 조건에 관한 데이터를 수신하는 단계, 및 상기 배터리의 상태에 관한 데이터와 상기 전력 송신 장치로부터 수신한 전력 전송 조건에 관한 데이터에 기초하여 상기 배터리의 충전 최적 조건을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.A battery management method according to one embodiment of the present invention may include a step of wirelessly transmitting power for supplying power to a battery from a power transmission device to a power reception device, a step of monitoring a state of the battery, a step of receiving data on power transmission conditions from the power transmission device, and a step of calculating an optimal charging condition of the battery based on the data on the state of the battery and the data on power transmission conditions received from the power transmission device.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법은 상기 배터리의 충전 최적 조건에 기초하여 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 조건을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.A battery management method according to one embodiment of the present invention may further include a step of adjusting a power transmission condition of the power transmission device based on an optimal charging condition of the battery.

본 발명의 배터리 시스템에 따르면 무선 충전 수신기를 배터리 관리 시스템에 통합하고, 배터리의 충전 환경에 따라 변하는 요인들에 기초하여 산출된 최적 충전 조건에 따라 무선 충전 송신기의 전력 전송 조건을 제어함으로써, 배터리의 모듈별 상태에 적합하도록 충전을 수행할 수 있다.According to the battery system of the present invention, a wireless charging receiver is integrated into a battery management system, and power transmission conditions of a wireless charging transmitter are controlled according to optimal charging conditions calculated based on factors that change depending on the charging environment of the battery, thereby enabling charging to be performed in a manner suitable for the module-specific state of the battery.

도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 모듈 어셈블리의 회로도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법의 구체적인 예시를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a typical battery management system.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a battery system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a power transmission device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4a is a drawing showing the configuration of a battery module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4b is a drawing showing the configuration of a power transmission device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit diagram of a battery cell module assembly according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a specific example of a battery management method according to one embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart illustrating a battery management method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the hardware configuration of a battery system according to one embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In this document, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and redundant descriptions of the same components are omitted.

본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.With respect to the various embodiments of the present invention disclosed in this document, specific structural and functional descriptions are merely exemplified for the purpose of explaining the embodiments of the present invention, and the various embodiments of the present invention may be implemented in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described in this document.

다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.The expressions “first,” “second,” “first,” or “second” used in various embodiments can describe various components, regardless of order and/or importance, and do not limit the components. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component can be renamed as the second component, and similarly, the second component can also be renamed as the first component.

본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.The terms used in this document are only used to describe specific embodiments and may not be intended to limit the scope of other embodiments. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a typical battery management system.

구체적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 관리 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.Specifically, FIG. 1 is a schematic diagram showing a battery management system including a battery pack (1) and an upper controller (2) included in an upper system according to one embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 배터리팩(1)은 하나의 이상의 배터리셀로 이루어지고, 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 +단자 측 또는 -단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다. As illustrated in FIG. 1, the battery pack (1) is composed of one or more battery cells, and includes a rechargeable battery module (10), a switching unit (14) connected in series to the + terminal side or the - terminal side of the battery module (10) to control the charge/discharge current flow of the battery module (10), and a battery management system (20) that monitors the voltage, current, temperature, etc. of the battery pack (1) and controls and manages it to prevent overcharge and overdischarge.

여기서, 스위칭부(14)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다. Here, the switching unit (14) is a semiconductor switching element for controlling the current flow for charging or discharging the battery module (10), and for example, at least one MOSFET can be used.

또한, BMS(20)는, 배터리팩(1)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하기 위해서, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 계산할 수 있고, 또한, 반도체 스위칭 소자(14)에 인접해서 마련된 센서(12)를 이용하여 배터리팩의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. BMS(20)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다. In addition, the BMS (20) can measure or calculate the voltage and current of the gate, source and drain of the semiconductor switching element in order to monitor the voltage, current, temperature, etc. of the battery pack (1), and can also measure the current, voltage, temperature, etc. of the battery pack using the sensor (12) provided adjacent to the semiconductor switching element (14). The BMS (20) is an interface that receives the measured values of the various parameters described above, and may include a plurality of terminals and a circuit that is connected to these terminals and processes the input values.

또한, BMS(20)는, 스위칭 소자(14) 예를 들어 MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)의 상태를 감시할 수 있다. In addition, the BMS (20) can control the ON/OFF of a switching element (14), for example, a MOSFET, and can be connected to a battery module (10) to monitor the status of the battery module (10).

상위 제어기(2)는 BMS(20)로 배터리 모듈에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(20)는 상위 제어기로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 본 발명의 배터리 셀이 ESS(Energy Storage System) 또는 차량 등에 이용되는 배터리 팩에 포함된 구성일 수 있다. 다만, 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다. The upper controller (2) can transmit a control signal for the battery module to the BMS (20). Accordingly, the operation of the BMS (20) can be controlled based on the signal received from the upper controller. The battery cell of the present invention may be a configuration included in a battery pack used in an ESS (Energy Storage System) or a vehicle, etc. However, it is not limited to such use.

이와 같은 배터리팩(1)의 구성 및 BMS(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since the configuration of the battery pack (1) and the configuration of the BMS (20) are known configurations, a more detailed description will be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a battery system according to one embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(200)는 배터리 관리 시스템(210), 전력 수신 장치(220) 및 전력 송신 장치(230)를 포함할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(200)에서는 배터리 관리 시스템(210)과 전력 수신 장치(220)가 서로 접속되어 있다. 또한, 전력 송신 장치(230)는 배터리 관리 시스템(210)과 무선으로 데이터를 송수신할 수 있고, 전력 수신 장치(220)에 무선으로 전력을 공급할 수 있다. 이에 관해서는 이하에서 후술한다.Referring to FIG. 2, a battery system (200) according to an embodiment of the present invention may include a battery management system (210), a power receiving device (220), and a power transmitting device (230). As shown in FIG. 2, in the battery system (200) according to an embodiment of the present invention, the battery management system (210) and the power receiving device (220) are connected to each other. In addition, the power transmitting device (230) may wirelessly transmit and receive data with the battery management system (210) and wirelessly supply power to the power receiving device (220). This will be described later.

배터리 관리 시스템(210)은 배터리의 상태를 모니터링 할 수 있다. 구체적으로, 배터리 관리 시스템(210)은 배터리 셀의 전압, 전류, 온도, SOC 등을 측정할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(210)은 배터리의 상태에 관한 데이터로서 배터리의 최대 가용 충전 전류, 실시간 잔존 배터리 용량 및 잔존 배터리 수명을 검출할 수 있다.The battery management system (210) can monitor the status of the battery. Specifically, the battery management system (210) can measure the voltage, current, temperature, SOC, etc. of the battery cell. In addition, the battery management system (210) can detect the maximum available charging current of the battery, the real-time remaining battery capacity, and the remaining battery life as data regarding the status of the battery.

또한, 배터리 관리 시스템(210)은 전력 수신 장치(220) 및 전력 송신 장치(230)와 무선으로 통신할 수 있다. 따라서, 배터리 관리 시스템(210)은 전력 송신 장치(230)로부터 전력 전송 조건에 관한 데이터를 무선으로 수신할 수 있다.Additionally, the battery management system (210) can wirelessly communicate with the power receiving device (220) and the power transmitting device (230). Accordingly, the battery management system (210) can wirelessly receive data regarding power transmission conditions from the power transmitting device (230).

배터리 관리 시스템(210)은 배터리의 입력 전압 및 입력 전류와 전력 수신 장치(220)의 출력 전압 및 출력 전류를 실시간으로 측정할 수 있다. 이 때, 배터리 관리 시스템(210)은 전력 수신 장치(220)로부터 출력 전압 및 출력 전류를 무선으로 수신할 수 있다.The battery management system (210) can measure the input voltage and input current of the battery and the output voltage and output current of the power receiving device (220) in real time. At this time, the battery management system (210) can wirelessly receive the output voltage and output current from the power receiving device (220).

배터리 관리 시스템(210)은 측정한 배터리의 상태에 관한 데이터와 전력 송신 장치(230)의 전력 전송 성능에 기초하여 배터리의 충전 최적 조건을 산출할 수 있다. 이 경우, 충전 최적 조건은 무선 충전 효율, 무선 충전 속도, 배터리 수명 중 적어도 하나의 기준에 따라 산출될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고 경우에 따라 다양한 기준이 적용될 수 있을 것이다.The battery management system (210) can calculate the optimal charging conditions of the battery based on the measured data on the state of the battery and the power transmission performance of the power transmission device (230). In this case, the optimal charging conditions can be calculated based on at least one of the criteria of wireless charging efficiency, wireless charging speed, and battery life. However, it is not limited thereto, and various criteria may be applied depending on the case.

배터리 관리 시스템(210)은 산출된 충전 최적 조건에 기초하여 전력 송신 장치(230)의 전력 전송 성능을 제어할 수 있다. 이 때, 예를 들면, 배터리 관리 시스템(210)은 전력 송신 장치(230)에 충전 최적 조건에 따른 전력 제어 신호를 전송하여 전력 송신 장치(230)를 제어할 수 있다. 배터리 관리 시스템(210)은 산출된 충전 최적 조건과 미리 설정된 기준치의 차이값이 임계치 이상일 경우 전력 송신 장치(230)의 듀티와 주파수를 조정할 수 있다.The battery management system (210) can control the power transmission performance of the power transmission device (230) based on the calculated optimal charging conditions. At this time, for example, the battery management system (210) can control the power transmission device (230) by transmitting a power control signal according to the optimal charging conditions to the power transmission device (230). The battery management system (210) can adjust the duty and frequency of the power transmission device (230) when the difference between the calculated optimal charging conditions and the preset reference value is greater than or equal to a threshold value.

전력 수신 장치(220)는 전력 송신 장치(230)로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 이 때, 전력 수신 장치(220)는 수신한 전력을 무선으로 배터리 관리 시스템(210)에 전송할 수 있다. The power receiving device (220) can wirelessly receive power from the power transmitting device (230). At this time, the power receiving device (220) can wirelessly transmit the received power to the battery management system (210).

또한, 전력 수신 장치(220)는 배터리 관리 시스템(210)과 전기적으로 커플링될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(200)에 따르면, 전력 수신 장치(220)를 배터리 관리 시스템(210)에 통합하여 배터리 셀 모듈 어셈블리에 함께 내장할 수 있다. 예를 들면, 전력 수신 장치(220)는 배터리 관리 시스템(210)의 하단에 내장될 수 있다.Additionally, the power receiving device (220) may be electrically coupled with the battery management system (210). That is, according to the battery system (200) according to one embodiment of the present invention, the power receiving device (220) may be integrated into the battery management system (210) and built together with the battery cell module assembly. For example, the power receiving device (220) may be built into the bottom of the battery management system (210).

전력 송신 장치(230)는 배터리 관리 시스템(210)과 전력 수신 장치(220)와 무선으로 통신할 수 있다. 이 경우, 전력 송신 장치(230)는 배터리 관리 시스템(210)에 전력 전송 조건(예를 들면, 전력 전송량, 최대 가용 전송 전력 등)에 관한 데이터를 송신하고, 배터리 관리 시스템(210)으로부터 전력 제어 신호를 수신할 수 있다. The power transmission device (230) can wirelessly communicate with the battery management system (210) and the power reception device (220). In this case, the power transmission device (230) can transmit data regarding power transmission conditions (e.g., power transmission amount, maximum available transmission power, etc.) to the battery management system (210) and receive a power control signal from the battery management system (210).

또한, 배터리 관리 시스템(210)에서 충전 최적 조건 산출에 이용하는 전력 송신 장치(230)의 전력 전송 성능은 실시간 전력 전송 효율 및 최대 가용 전송 전력을 포함할 수 있다.Additionally, the power transmission performance of the power transmission device (230) used to calculate optimal charging conditions in the battery management system (210) may include real-time power transmission efficiency and maximum available transmission power.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(200)에 따르면, 배터리의 입출력 전압 및 전류, 무선 수신부(220)의 출력 전압 및 전류, 전력 송신 장치(230)의 전력 전송량을 측정함으로써 코일간 거리와 정렬 상태, 공명 주파수, 온도 등의 충전 환경에 따라 변하는 요소들(예를 들면, Coupling, Resonance Quality Factor 등)을 추정하고, 무선 충전 효율, 충전 속도, 배터리 수명의 최적점을 선택하여 제어할 수 있다.In this way, according to the battery system (200) according to one embodiment of the present invention, by measuring the input/output voltage and current of the battery, the output voltage and current of the wireless receiver (220), and the power transmission amount of the power transmitter (230), the elements (e.g., Coupling, Resonance Quality Factor, etc.) that change depending on the charging environment, such as the distance and alignment state between coils, resonance frequency, and temperature, can be estimated, and the optimal point of wireless charging efficiency, charging speed, and battery life can be selected and controlled.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a power transmission device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신 장치(300)는 송신 회로(310), 통신부(320) 및 제어부(330)를 포함할 수 있다.A power transmission device (300) according to one embodiment of the present invention may include a transmission circuit (310), a communication unit (320), and a control unit (330).

송신 회로(310)는 전력 수신 장치(220)에 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 예를 들면, 송신 회로(310)는 후술하는 바와 같이, 코일을 포함하고 전자기 유도의 형태로 전력을 송신하거나, 공진 주파수에 따른 공명을 이용하여 전력을 송신할 수 있다.The transmitter circuit (310) can wirelessly transmit power to the power receiving device (220). For example, the transmitter circuit (310) can include a coil and transmit power in the form of electromagnetic induction, or transmit power using resonance according to a resonant frequency, as described below.

통신부(320)는 배터리 관리 시스템(210)에 전력 전송 조건에 관한 데이터를 무선으로 송신하고, 배터리 관리 시스템(210)으로부터 산출된 배터리의 충전 최적 조건에 따른 전력 제어 신호를 무선으로 수신할 수 있다.The communication unit (320) can wirelessly transmit data on power transmission conditions to the battery management system (210) and wirelessly receive a power control signal according to the optimal charging conditions of the battery calculated from the battery management system (210).

제어부(330)는 배터리 관리 시스템(210)으로부터 수신한 충전 최적 조건에 따른 전력 제어 신호에 기초하여 전력 수신 장치(220)로 전송되는 전력 전송 조건을 조정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(330)는 전력 송신 장치(300)의 듀티 또는 주파수 등을 조정할 수 있다.The control unit (330) can adjust the power transmission conditions transmitted to the power receiving device (220) based on the power control signal according to the optimal charging conditions received from the battery management system (210). For example, the control unit (330) can adjust the duty or frequency of the power transmitting device (300).

이와 같이, 본 발명의 배터리 시스템에 따르면 무선 충전 수신기를 배터리 관리 시스템에 통합하고, 배터리의 충전 환경에 따라 변하는 요인들에 기초하여 산출된 최적 충전 조건에 따라 무선 충전 송신기의 전력 전송 조건을 제어함으로써, 배터리의 모듈별 상태에 적합하도록 충전을 수행할 수 있다.In this way, according to the battery system of the present invention, by integrating the wireless charging receiver into the battery management system and controlling the power transmission conditions of the wireless charging transmitter according to the optimal charging conditions calculated based on factors that change according to the charging environment of the battery, charging can be performed in a manner suitable for the module-specific state of the battery.

도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 4a is a drawing showing the configuration of a battery module according to one embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 코일, 배터리 관리 시스템(BMS) 및 정류기(AC/DC)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4a, a battery module according to one embodiment of the present invention may include a coil, a battery management system (BMS), and a rectifier (AC/DC).

코일은 전력 수신 장치에 포함되며, 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 이 때, 코일은 자기 유도의 형태로 전력을 수신하거나, 또는 공진 주파수에 맞추어 공명 현상을 이용하여 전력을 수신할 수 있다.The coil is included in the power receiving device and can wirelessly receive power from the power transmitting device. At this time, the coil can receive power in the form of magnetic induction or can receive power by utilizing a resonance phenomenon at a resonant frequency.

배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 셀 모듈 어셈블리의 상태를 모니터링하고 충전 최적 조건에 따라 전력 송신 장치를 제어할 수 있다. 배터리 관리 시스템의 기능에 관해서는 도 2에서 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략한다.The battery management system (BMS) can monitor the status of the battery cell module assembly and control the power transmission device according to the optimal charging conditions. Since the function of the battery management system is described in Fig. 2, a detailed description is omitted.

정류기(AC/DC)는 전력 송신 장치로부터 수신한 전력을 교류(AC)에서 직류(DC)로 정류할 수 있다.A rectifier (AC/DC) can rectify power received from a power transmission device from alternating current (AC) to direct current (DC).

도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 4b is a drawing showing the configuration of a power transmission device according to an embodiment of the present invention.

도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신 장치는 코일, 제어부(Controller) 및 정류기(AC/DC)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4b, a power transmission device according to an embodiment of the present invention may include a coil, a controller, and a rectifier (AC/DC).

코일은 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 전력 수신 장치와 마찬가지로, 전력 송신 장치의 코일은 자기 유도의 형태로 전력을 수신하거나, 또는 공진 주파수에 맞추어 공명 현상을 이용하여 전력을 수신할 수 있다.The coil can wirelessly transmit power to a power receiving device. Like the power receiving device, the coil of the power transmitting device can receive power in the form of magnetic induction, or can receive power by utilizing the resonance phenomenon at a resonant frequency.

제어부는 전력 송신 장치에서 송신되는 전력 전송 조건을 조정할 수 있다. 예를 들면, 제어부는 전력 송신 장치의 전력 전송량, 듀티, 주파수 등을 조절할 수 있으며, 배터리 모듈의 배터리 관리 시스템(BMS)으로부터 수신한 전력 제어 신호에 기초하여 최적 충전 조건에 따라 전력을 제어할 수 있다.The control unit can adjust the power transmission conditions transmitted from the power transmission device. For example, the control unit can adjust the power transmission amount, duty, frequency, etc. of the power transmission device, and control power according to the optimal charging conditions based on the power control signal received from the battery management system (BMS) of the battery module.

정류기(AC/DC)는 전력 송신 장치로부터 수신한 전력을 교류(AC)에서 직류(DC)로 정류할 수 있다.A rectifier (AC/DC) can rectify power received from a power transmission device from alternating current (AC) to direct current (DC).

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 모듈의 회로도를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing a circuit diagram of a battery cell module according to one embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀 모듈은 공진 코일(Resonant Coil)(502), 정류기 및 필터(504), 셀 모듈 어셈블리(Cell Module Assembly, CMA)(506) 및 배터리 관리 시스템(BMS)(510)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(510)은 전원부(512), 무선 통신부(514), 측정부(516) 및 MCU 부(518)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a battery cell module according to an embodiment of the present invention may include a resonant coil (502), a rectifier and filter (504), a cell module assembly (CMA) (506), and a battery management system (BMS) (510). In addition, the battery management system (510) may include a power supply unit (512), a wireless communication unit (514), a measurement unit (516), and an MCU unit (518).

공진 코일(502)은 인덕터와 커패시터를 포함할 수 있으며, 전력 수신 장치에 포함되어 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 도 5의 코일은 공진 주파수에 맞추어 공명 현상을 이용하여 전력을 수신할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 코일은 자기 유도의 형태로 전력을 수신할 수도 있다.The resonant coil (502) may include an inductor and a capacitor, and may be included in a power receiving device to wirelessly receive power from a power transmitting device. The coil of Fig. 5 may receive power by utilizing a resonance phenomenon at a resonant frequency. However, it is not limited thereto, and the coil may also receive power in the form of magnetic induction.

정류기 및 필터(504)는 전력 수신기의 출력 전압과 출력 전류를 정류하고 노이즈를 제거할 수 있다.The rectifier and filter (504) can rectify the output voltage and output current of the power receiver and remove noise.

배터리 셀 모듈 어셈블리(506)는 배터리 셀들이 복수 개로 결합된 구조로서, 배터리 관리 시스템(510)에서 배터리 셀 모듈 어셈블리에 입력되는 전압과 전류를 측정하여 배터리의 최대 가용 충전 전류, 실시간 잔존 용량, 잔존 배터리 수명 등의 상태를 추정할 수 있다.The battery cell module assembly (506) is a structure in which a plurality of battery cells are combined, and the battery management system (510) can measure the voltage and current input to the battery cell module assembly to estimate the state of the battery, such as the maximum available charging current, real-time remaining capacity, and remaining battery life.

배터리 관리 시스템(510)은 배터리의 전압, 전류, 온도, SOC 등의 상태를 모니터링 할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(510)은 측정한 배터리의 상태에 관한 데이터와 전력 송신 장치의 전력 전송 성능에 기초하여 배터리의 충전 최적 조건을 산출할 수 있다.The battery management system (510) can monitor the status of the battery, such as voltage, current, temperature, and SOC. In addition, the battery management system (510) can calculate the optimal charging conditions of the battery based on the measured data on the status of the battery and the power transmission performance of the power transmission device.

전원부(512)는 배터리 관리 시스템(510)이 기능을 수행하기 위한 전원을 공급한다. 또한, 전원부(512)는 자체적으로 전원을 공급하는 것 외에도 배터리 관리 시스템(510)에 통합된 전력 수신 장치로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다.The power supply unit (512) supplies power for the battery management system (510) to perform its functions. In addition to supplying power on its own, the power supply unit (512) can wirelessly receive power from a power receiving device integrated into the battery management system (510).

무선 통신부(514)는 전력 수신 장치 및 전력 수신 장치와 무선으로 통신할 수 있다. 예를 들면, 무선 통신부(514)는 전력 수신 장치로부터 출력 전압 및 출력 전류에 관한 데이터를 수신하고, 전력 송신 장치로부터 전력 전송 조건(예를 들면, 전력 전송량, 최대 가용 전송 전력 등)에 관한 데이터 등을 수신할 수 있다.The wireless communication unit (514) can wirelessly communicate with the power receiving device and the power receiving device. For example, the wireless communication unit (514) can receive data on output voltage and output current from the power receiving device, and can receive data on power transmission conditions (e.g., power transmission amount, maximum available transmission power, etc.) from the power transmitting device.

측정부(516)는 배터리 셀의 상태를 측정할 수 있다. 예를 들면, 측정부(516)는 배터리의 전압, 전류, 온도, SOC 등을 측정하는 센서로서 기능할 수 있다. 또한, 측정부(516)는 배터리의 최대 가용 충전 전류, 실시간 잔존 배터리 용량 및 잔존 배터리 수명 등의 배터리의 상태 데이터를 검출할 수 있다.The measuring unit (516) can measure the status of the battery cell. For example, the measuring unit (516) can function as a sensor that measures the voltage, current, temperature, SOC, etc. of the battery. In addition, the measuring unit (516) can detect the status data of the battery, such as the maximum available charging current of the battery, the real-time remaining battery capacity, and the remaining battery life.

MCU부(518)는 측정부(516)에서 측정한 배터리의 상태에 관한 데이터와 전력 송신 장치의 전력 전송 성능에 기초하여 배터리의 충전 최적 조건을 산출할 수 있다. 이 경우, 충전 최적 조건은 무선 충전 효율, 무선 충전 속도, 배터리 수명 중 적어도 하나의 기준에 따라 산출될 수 있다.The MCU unit (518) can calculate the optimal charging conditions of the battery based on the data on the state of the battery measured by the measuring unit (516) and the power transmission performance of the power transmission device. In this case, the optimal charging conditions can be calculated based on at least one of the criteria of wireless charging efficiency, wireless charging speed, and battery life.

또한, MCU부(518)는 산출된 충전 최적 조건에 기초하여 전력 송신 장치의 전력 전송 성능을 제어할 수 있다. 예를 들면, MCU부(518)는 무선 통신부(514)를 통해 전력 송신 장치에 충전 최적 조건에 따른 전력 제어 신호를 전송하여 전력 송신 장치를 제어할 수 있다. 이 때, MCU부(518)는 산출된 충전 최적 조건과 미리 설정된 기준치의 차이값이 임계치 이상일 경우 전력 송신 장치의 듀티와 주파수를 조정하는 신호를 송신할 수 있다.In addition, the MCU unit (518) can control the power transmission performance of the power transmission device based on the calculated optimal charging conditions. For example, the MCU unit (518) can control the power transmission device by transmitting a power control signal according to the optimal charging conditions to the power transmission device through the wireless communication unit (514). At this time, the MCU unit (518) can transmit a signal for adjusting the duty and frequency of the power transmission device when the difference between the calculated optimal charging conditions and the preset reference value is greater than or equal to a threshold value.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법의 구체적인 예시를 나타내는 흐름도이다.FIG. 6 is a flowchart showing a specific example of a battery management method according to one embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 먼저 배터리의 충전이 시작되면 전력 송신기(Power Transmitting Unit, PTU)와 전력 수신기(Power Receiving Unit, PRU)을 정렬한다(S602). 그리고, 전력 송신기와 전력 수신기 간의 무선 통신이 정상적으로 이루어지는지 여부를 체크한다(S604). Referring to Fig. 6, when battery charging starts, the power transmitter (PTU) and the power receiver (PRU) are aligned (S602). Then, it is checked whether wireless communication between the power transmitter and the power receiver is performed normally (S604).

만약, 전력 송신기와 전력 수신기 간의 무선 통신이 정상적으로 이루어지지 않는다면, 단계 S602로 돌아가 전력 송신기와 전력 수신기를 다시 정렬한다. 단계 S604에서 전력 송신기와 전력 수신기 간의 무선 통신이 정상적으로 이루어지는 것이 확인되면, 전력 수신기의 출력 전압과 출력 전류를 측정한다(S606). 이 때, 전력 수신기의 출력 전압과 출력 전류는 배터리 관리 시스템에서 측정할 수 있다.If wireless communication between the power transmitter and the power receiver is not performed normally, the process returns to step S602 and realigns the power transmitter and the power receiver. If it is confirmed in step S604 that wireless communication between the power transmitter and the power receiver is performed normally, the output voltage and output current of the power receiver are measured (S606). At this time, the output voltage and output current of the power receiver can be measured by the battery management system.

그리고, 배터리 셀의 입력 전압, 입력 전류 및 온도를 측정한다(S608). 이 때, 배터리 셀의 입력 전압, 입력 전류 및 온도는 배터리 관리 시스템에서 측정할 수 있다. 단계 S610에서는 전력 송신기의 전력 전송 조건(도 6에서는 전송 전력량)을 수신한다. 이 때, 전력 송신기의 전력 전송 조건은 전력 송신기로부터 배터리 관리 시스템으로 무선으로 수신될 수 있다.And, the input voltage, input current, and temperature of the battery cell are measured (S608). At this time, the input voltage, input current, and temperature of the battery cell can be measured by the battery management system. At step S610, the power transmission condition of the power transmitter (the amount of power transmitted in FIG. 6) is received. At this time, the power transmission condition of the power transmitter can be wirelessly received from the power transmitter to the battery management system.

단계 S612에서는 배터리의 최대 가용 충전 전류(A), 실시간 잔존 용량(B) 및 잔존 배터리 수명(C)을 산출한다. 이 경우, 배터리 관리 시스템에서 측정한 배터리의 상태 데이터에 기초하여 각 파라미터 값들을 산출할 수 있다.In step S612, the maximum available charging current (A) of the battery, the real-time remaining capacity (B) and the remaining battery life (C) are calculated. In this case, each parameter value can be calculated based on the battery status data measured by the battery management system.

그리고, 전력 송신기로부터 수신한 전력 전송 조건에 기초하여, 실시간 전력 전송 효율(D) 및 최대 가용 전송 전력(E)을 산출할 수 있다. 이 때, 전력 수신기에서 측정한 출력 전압과 출력 전류를 이용할 수 있다.And, based on the power transmission conditions received from the power transmitter, the real-time power transmission efficiency (D) and the maximum available transmission power (E) can be calculated. At this time, the output voltage and output current measured by the power receiver can be used.

단계 S616에서는 단계 S612와 단계 S614에서 산출된 최대 가용 전류(A), 실시간 잔존 용량(B), 잔존 배터리 수명(C), 실시간 전력 전송 효율(D) 및 최대 가용 전송 전력(E)에 기초하여 충전 최적점(O)을 계산한다. 여기서, 충전 최적점 O는 무선 충전 효율, 무선 충전 속도, 배터리 수명 중 적어도 하나의 기준에 따라 달라질 수 있다.In step S616, an optimal charging point (O) is calculated based on the maximum available current (A), real-time remaining capacity (B), remaining battery life (C), real-time power transfer efficiency (D), and maximum available transfer power (E) calculated in steps S612 and S614. Here, the optimal charging point O may vary depending on at least one criterion among wireless charging efficiency, wireless charging speed, and battery life.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 충전 최적점 O는 X1*A+X2*B+X3*C+X4*D+X5*E로 산출될 수 있다. 이 때, X1 내지 X5는 각 변수에 적용되는 가중치이며, 배터리의 상태와 전력 전송 성능에 영향을 미치는 환경에 따라 사용자에 의해 설정될 수 있다.In addition, as shown in Fig. 6, the optimal charging point O can be calculated as X1*A+X2*B+X3*C+X4*D+X5*E. Here, X1 to X5 are weights applied to each variable and can be set by the user according to the condition of the battery and the environment affecting the power transmission performance.

그리고, 단계 S616에서는 산출된 충전 최적점(O)과 기준치(Ideal O)의 차이값인 최적점 비용 함수(e)를 계산한다. 이 때, 기준치(Ideal O)는 배터리의 충전 환경에 따라 산출된 이론값일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니고 환경에 따라 실험하여 산출된 실험값일 수 있다.And, in step S616, the optimal point cost function (e), which is the difference between the calculated optimal charging point (O) and the reference value (Ideal O), is calculated. At this time, the reference value (Ideal O) may be a theoretical value calculated according to the charging environment of the battery, but is not limited thereto and may be an experimental value calculated through an experiment according to the environment.

만약, 최적점 비용 함수(e)가 제어 임계값보다 작은 경우(YES), 실시간으로 산출된 충전 최적점(O)이 기준치에 근접한 것으로서 전력 송신기의 전력 전송 조건, 예를 들면, 듀티(Duty)와 주파수를 현상태로 유지한다.If the optimal point cost function (e) is smaller than the control threshold (YES), the charging optimal point (O) calculated in real time is close to the reference value, and the power transmission conditions of the power transmitter, such as duty and frequency, are maintained as they are.

반면, 최적점 비용 함수(e)가 제어 임계값 이상인 경우(NO), 전력 송신기의 전력 전송 조건, 예를 들면, 듀티와 주파수를 변경하고, 다시 단계 S606 내지 S610으로 돌아가서 측정을 수행한다.On the other hand, if the optimal point cost function (e) is greater than or equal to the control threshold (NO), the power transmission conditions of the power transmitter, for example, the duty and frequency, are changed, and the measurement is performed again by returning to steps S606 to S610.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법에 따르면, 배터리의 입출력 전압 및 전류, 전력 수신기의 출력 전압 및 전류, 전력 송신기의 전력 전송량을 측정함으로써, 코일간 거리와 정렬 상태, 공명 주파수, 온도 등의 충전 환경에 따라 변하는 요소들(예를 들면, Coupling, Resonance Quality Factor 등)을 추정하고, 무선 충전 효율, 충전 속도, 배터리 수명의 최적점을 선택하여 제어할 수 있다.In this way, according to the battery management method according to one embodiment of the present invention, by measuring the input/output voltage and current of the battery, the output voltage and current of the power receiver, and the power transmission amount of the power transmitter, factors that change depending on the charging environment, such as the distance and alignment state between coils, resonance frequency, and temperature (for example, Coupling, Resonance Quality Factor, etc.), can be estimated, and the optimal point of wireless charging efficiency, charging speed, and battery life can be selected and controlled.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart illustrating a battery management method according to one embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 먼저 전력 송신 장치로부터 전력 수신 장치로 배터리에 공급하기 위한 전력을 무선으로 송신한다(S710). 그리고 배터리 관리 시스템(BMS)에서는 배터리의 상태를 모니터링 한다(S720). Referring to Fig. 7, first, power for supplying power to a battery is wirelessly transmitted from a power transmission device to a power reception device (S710). Then, a battery management system (BMS) monitors the status of the battery (S720).

이 경우, 배터리 관리 시스템은 배터리 셀의 전압, 전류, 온도, SOC 등을 측정할 수 있다. 또한, 배터리의 상태에 관한 데이터로서 배터리의 최대 가용 충전 전류, 실시간 잔존 배터리 용량 및 잔존 배터리 수명을 검출할 수 있다.In this case, the battery management system can measure the voltage, current, temperature, SOC, etc. of the battery cell. In addition, as data on the battery status, the maximum available charging current of the battery, real-time remaining battery capacity, and remaining battery life can be detected.

또한, 단계 S720에서 배터리 관리 시스템은 배터리의 입력 전압 및 입력 전류와 전력 수신 장치의 출력 전압 및 출력 전류를 실시간으로 측정할 수 있다. 이 때, 전력 수신 장치로부터 출력 전압 및 출력 전류를 무선으로 수신할 수 있다.Additionally, in step S720, the battery management system can measure the input voltage and input current of the battery and the output voltage and output current of the power receiving device in real time. At this time, the output voltage and output current can be wirelessly received from the power receiving device.

다음으로, 단계 S730에서 배터리 관리 시스템은 전력 송신 장치로부터 전력 전송 조건에 관한 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들면, 전력 전송 조건은 전력 전송량, 실시간 전송 효율, 최대 가용 전송 전력 등을 포함할 수 있다.Next, in step S730, the battery management system may receive data regarding power transmission conditions from the power transmission device. For example, the power transmission conditions may include power transmission amount, real-time transmission efficiency, maximum available transmission power, etc.

그리고, 단계 S720에서 측정한 배터리의 상태에 관한 데이터와 단계 S730에서 전력 송신 장치로부터 수신한 전력 전송 조건에 관한 데이터에 기초하여 배터리의 충전 최적 조건을 산출한다. 이 경우, 충전 최적 조건은 무선 충전 효율, 무선 충전 속도, 배터리 수명 중 적어도 하나의 기준에 따라 산출될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 경우에 따라 다양한 기준이 적용될 수 있을 것이다.And, based on the data on the state of the battery measured in step S720 and the data on the power transmission conditions received from the power transmission device in step S730, the optimal charging conditions of the battery are calculated. In this case, the optimal charging conditions may be calculated based on at least one of the criteria of wireless charging efficiency, wireless charging speed, and battery life. However, it is not limited thereto, and various criteria may be applied depending on the case.

또한, 도 7에는 나타내지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법은 단계 S740에서 산출된 배터리의 충전 최적 조건에 기초하여 전력 송신 장치의 전력 전송 조건을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 산출된 충전 최적 조건과 미리 설정된 기준치의 차이값이 임계치 이상일 경우 전력 송신 장치의 듀티와 주파수를 조정할 수 있다.In addition, although not shown in FIG. 7, the battery management method according to one embodiment of the present invention may further include a step of adjusting the power transmission conditions of the power transmission device based on the calculated optimal charging conditions of the battery in step S740. At this time, if the difference between the calculated optimal charging conditions and the preset reference value is greater than or equal to a threshold value, the duty and frequency of the power transmission device may be adjusted.

이와 같이, 본 발명의 배터리 관리 방법에 따르면 무선 충전 수신기를 배터리 관리 시스템에 통합하고, 배터리의 충전 환경에 따라 변하는 요인들에 기초하여 산출된 최적 충전 조건에 따라 무선 충전 송신기의 전력 전송 조건을 제어함으로써, 배터리의 모듈별 상태에 적합하도록 충전을 수행할 수 있다. In this way, according to the battery management method of the present invention, by integrating the wireless charging receiver into the battery management system and controlling the power transmission conditions of the wireless charging transmitter according to the optimal charging conditions calculated based on factors that change according to the charging environment of the battery, charging can be performed in a manner suitable for the module-specific state of the battery.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing the hardware configuration of a battery system according to one embodiment of the present invention.

도 8에 나타낸 바와 같이, 배터리 시스템(800)는 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 810)와, 운영 체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리 팩의 이상 진단 프로그램 또는 배터리 팩의 온도 추정 프로그램) 등이 기록되는 메모리(820)와, 배터리 셀 모듈 및/또는 스위칭부(예로써, 반도체 스위칭 소자)와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(830)와, 유무선 통신망을 통해 외부(예로써, 상위 제어기)와 통신 가능한 통신 인터페이스(840)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(820)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(810)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2 및 도 3에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.As shown in FIG. 8, the battery system (800) may be equipped with a microcontroller (MCU; 810) that controls various processes and each configuration, a memory (820) in which an operating system program and various programs (e.g., a battery pack abnormality diagnosis program or a battery pack temperature estimation program) are recorded, an input/output interface (830) that provides an input interface and an output interface between a battery cell module and/or a switching unit (e.g., a semiconductor switching element), and a communication interface (840) that can communicate with the outside (e.g., a higher level controller) via a wired/wireless communication network. In this way, a computer program according to the present invention may be recorded in the memory (820) and processed by the microcontroller (810) to be implemented as a module that performs each functional block illustrated in FIGS. 2 and 3, for example.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. In the above, although all the components constituting the embodiments of the present invention have been described as being combined as one or operating in combination, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, within the scope of the purpose of the present invention, all of the components may be selectively combined as one or more and operating.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, the terms "include," "comprise," or "have" described above, unless otherwise specifically stated, mean that the corresponding component may be present, and therefore should be interpreted as including other components rather than excluding other components. All terms, including technical or scientific terms, unless otherwise defined, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as being consistent with the contextual meaning of the relevant art, and shall not be interpreted in an ideal or overly formal sense, unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative description of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within a scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present invention.

1: 배터리 팩 2: 상위 제어기
10: 배터리 모듈 12: 센서
14: 스위칭부 20: BMS
200: 배터리 시스템 210: 배터리 관리 시스템
220: 전력 수신 장치 230: 전력 송신 장치
300: 전력 송신 장치 310: 송신 회로
320: 통신부 330: 제어부
502: 공진 코일 504: 정류기 및 필터
506: 셀 모듈 어셈블리 510: 배터리 관리 시스템
512: 전원부 514: 무선 통신부
516: 측정부 518: MCU부
800: 배터리 시스템 810: MCU
820: 메모리 830: 입출력 I/F
840: 통신 I/F1: Battery pack 2: Upper controller
10: Battery module 12: Sensor
14: Switching section 20: BMS
200: Battery system 210: Battery management system
220: Power receiving device 230: Power transmitting device
300: Power transmission device 310: Transmission circuit
320: Communications Unit 330: Control Unit
502: Resonant coil 504: Rectifier and filter
506: Cell module assembly 510: Battery management system
512: Power supply 514: Wireless communication unit
516: Measurement section 518: MCU section
800: Battery System 810: MCU
820: Memory 830: Input/Output I/F
840: Communication I/F

Claims (13)

배터리의 상태를 모니터링 하는 배터리 관리 시스템; 및
전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신 장치를 포함하고,
상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리의 최대 가용 충전 전류, 실시간 잔존 배터리 용량 및 잔존 배터리 수명 중 적어도 하나를 포함하는 배터리의 상태에 관한 데이터와 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 성능에 기초하여 상기 배터리의 충전 최적 점을 도출하고, 상기 충전 최적 점과 기준치의 차이에 기초하여 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 조건을 조정하는 배터리 시스템. A battery management system that monitors the condition of the battery; and
A power receiving device that wirelessly receives power from a power transmitting device,
The battery management system is a battery system that derives an optimal charging point of the battery based on data regarding the state of the battery, including at least one of a maximum available charging current of the battery, a real-time remaining battery capacity, and a remaining battery life, and a power transmission performance of the power transmission device, and adjusts a power transmission condition of the power transmission device based on a difference between the optimal charging point and a reference value. 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은 상기 전력 송신 장치와 무선으로 통신하는 배터리 시스템.In claim 1,
The above battery management system is a battery system that wirelessly communicates with the power transmission device. 청구항 2에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은 상기 전력 송신 장치로부터 전력 전송 조건에 관한 데이터를 무선으로 수신하는 배터리 시스템.In claim 2,
The battery management system is a battery system that wirelessly receives data regarding power transmission conditions from the power transmission device. 청구항 3에 있어서,
상기 전력 송신 장치의 전력 전송 성능은 실시간 전력 전송 효율 및 최대 가용 전송 전력을 포함하는 배터리 시스템.In claim 3,
The power transmission performance of the above power transmission device is a battery system including real-time power transmission efficiency and maximum available transmission power. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템과 상기 전력 수신 장치는 전기적으로 커플링되어 있는 배터리 시스템.In claim 1,
A battery system wherein the battery management system and the power receiving device are electrically coupled. 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리의 입력 전압 및 입력 전류와 상기 전력 수신 장치의 출력 전압 및 출력 전류를 실시간으로 측정하는 배터리 시스템.In claim 1,
The above battery management system is a battery system that measures the input voltage and input current of the battery and the output voltage and output current of the power receiving device in real time. 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은 무선 충전 효율, 무선 충전 속도, 배터리 수명 중 적어도 하나의 기준에 따라 상기 충전 최적 점을 도출하는 배터리 시스템.In claim 1,
The above battery management system is a battery system that derives the optimal charging point based on at least one criterion among wireless charging efficiency, wireless charging speed, and battery life. 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은 상기 충전 최적 점에 기초하여 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 성능을 제어하는 배터리 시스템.In claim 1,
The battery management system is a battery system that controls the power transmission performance of the power transmission device based on the optimal charging point. 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은 산출된 상기 충전 최적 점과 상기 기준치의 차이값이 임계치 이상일 경우 상기 전력 송신 장치의 듀티와 주파수를 조정하는 배터리 시스템.In claim 1,
The above battery management system is a battery system that adjusts the duty and frequency of the power transmission device when the difference between the calculated optimal charging point and the reference value is greater than a threshold value. 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 송신 회로;
배터리 관리 시스템에 전력 전송량, 실시간 전송 효율 및 최대 가용 전송 전력 중 적어도 하나를 포함하는 전력 전송 조건에 관한 데이터를 무선으로 송신하고, 상기 배터리 관리 시스템에 의해 배터리의 최대 가용 충전 전류, 실시간 잔존 배터리 용량 및 잔존 배터리 수명 중 적어도 하나를 포함하는 배터리의 상태에 관한 데이터와 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 성능에 기초하여 도출된 상기 배터리의 충전 최적 점에 따른 전력 제어 신호를 무선으로 수신하는 통신부; 및
상기 충전 최적 점에 따른 전력 제어 신호에 기초하여 상기 전력 수신 장치로 전송되는 상기 전력 전송 조건을 조정하는 제어부를 포함하는 전력 송신 장치.A transmitting circuit for wirelessly transmitting power to a power receiving device;
A communication unit that wirelessly transmits data on power transmission conditions including at least one of a power transmission amount, real-time transmission efficiency, and maximum available transmission power to a battery management system, and wirelessly receives data on a state of a battery including at least one of a maximum available charging current of the battery, a real-time remaining battery capacity, and a remaining battery life, and a power control signal according to an optimal charging point of the battery derived based on power transmission performance of the power transmission device by the battery management system; and
A power transmission device including a control unit that adjusts the power transmission conditions transmitted to the power receiving device based on a power control signal according to the optimal charging point. 전력 송신 장치로부터 전력 수신 장치로 배터리에 공급하기 위한 전력을 무선으로 송신하는 단계;
배터리 관리 시스템에 의해 상기 배터리의 상태를 모니터링하는 단계;
상기 배터리 관리 시스템이 상기 전력 송신 장치로부터 전력 전송량, 실시간 전송 효율 및 최대 가용 전송 전력 중 적어도 하나를 포함하는 전력 전송 조건에 관한 데이터를 수신하는 단계;
상기 배터리 관리 시스템이 상기 배터리의 최대 가용 충전 전류, 실시간 잔존 배터리 용량 및 잔존 배터리 수명 중 적어도 하나를 포함하는 배터리의 상태에 관한 데이터와 상기 전력 송신 장치로부터 수신한 상기 전력 전송 조건에 관한 데이터에 기초하여 상기 배터리의 충전 최적 점을 산출하는 단계; 및
상기 충전 최적 점과 기준치의 차이에 기초하여 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 조건을 조정하는 단계;를 포함하는 배터리 관리 방법.A step of wirelessly transmitting power from a power transmitting device to a power receiving device to supply power to a battery;
A step of monitoring the status of the battery by a battery management system;
A step in which the battery management system receives data on power transmission conditions including at least one of power transmission amount, real-time transmission efficiency, and maximum available transmission power from the power transmission device;
A step in which the battery management system calculates an optimal charging point of the battery based on data regarding the state of the battery including at least one of the maximum available charging current of the battery, real-time remaining battery capacity, and remaining battery life, and data regarding the power transmission conditions received from the power transmission device; and
A battery management method, comprising: a step of adjusting a power transmission condition of the power transmission device based on a difference between the optimal charging point and a reference value. 청구항 12에 있어서,
상기 배터리의 충전 최적 점에 기초하여 상기 전력 송신 장치의 전력 전송 조건을 조정하는 단계를 더 포함하는 배터리 관리 방법.

In claim 12,
A battery management method further comprising the step of adjusting power transmission conditions of the power transmission device based on the optimal charging point of the battery.
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